(57)【要約】【課題】  機器の設置場所が水中や気中に関係なく機器の表面粗さを短時間で精度の良く計測することである。【解決手段】  移動装置１４は、機器表面１２からの光を受光する計測センサ１１を計測位置まで移動させ機器表面１２に沿って計測センサ１１を走査する。距離測定装置１３は移動装置１４で走査した計測センサ１１からの計測信号に基づいて計測センサ１１と機器表面１２との間の距離を求め、評価装置１６は、移動装置１４の走査制御情報及び距離計測装置１３で求めた機器表面１２までの距離に基づいて機器表面１２の形状を表す形状画像を作成し、その形状画像に基づいて機器表面の粗さを計測する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器表面からの光を受光する計測センサと、前記計測センサを機器表面の計測位置まで移動させ前記機器表面に沿って前記計測センサを走査する移動装置と、前記計測センサからの計測信号に基づいて前記機器表面までの距離を求める距離計測装置と、前記移動装置の走査制御情報及び前記距離計測装置で求めた前記機器表面までの距離に基づいて前記機器表面の形状を表す形状画像を作成しその形状画像に基づいて前記機器表面の粗さを計測する評価装置とを備えたことを特徴とする機器表面粗さ計測装置。
【請求項２】
前記機器表面と前記計測センサとの間に光を屈折させるミラーを設け、前記機器表面からの光を前記ミラーにて屈折させ前記計測センサへ伝送することを特徴とする請求項１記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項３】
前記計測センサは、前記機器表面の光を異なる複数の位置で受光する複数の受光装置を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項４】
前記計測センサは、異なる位置に二つの受光部を備え前記機器表面からの光をそれぞれ二つの受光部で受光する受光装置と、前記機器表面の光を第１の光路および第２の光路に沿って前記受光装置のそれぞれ異なる位置の二つの受光部に伝達する光学装置とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項５】
前記計測センサは、前記機器表面に直線状の軌跡としてレーザ光を走査するレーザ光照射装置と、前記機器表面で発生するレーザ光の反射光を受光する受光装置とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項６】
前記計測センサは、ビーム状のレーザ光を偏向レンズによって偏向しその偏向したレーザ光を前記機器表面に格子状に照射するレーザ光照射装置と、前記機器表面で発生するレーザ光の反射光を受光する受光装置とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項７】
前記計測センサは、ビーム状のレーザ光を集光レンズによって集光しその集光したレーザ光を前記機器表面に照射するレーザ発振器と、前記機器表面で発生するレーザ光の反射光を受光する受光装置とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項８】
前記計測センサは、前記集光レンズによってレーザ光を集光させた位置を変化させながら前記機器表面にレーザ光を照射することを特徴とする請求項７記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項９】
前記距離計測装置は、前記機器表面の同一箇所からの光を異なる複数の位置で受光した前記受光装置からのデータに基づいて前記機器表面までの距離を演算することを特徴とする請求項３または４記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項１０】
前記距離計測装置は、前記機器表面に発生したレーザ照射装置からのレーザ光の反射光を前記受光装置によって受光したデータに基づいて、その受光した位置を求め前記機器表面までの距離を演算することを特徴とする請求項５または６記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項１１】
前記距離計測装置は、前記機器表面に発生したレーザ照射装置からのレーザ光の反射光を前記受光装置によって受光したデータに基づいて、その受光した光の強度分布を求め前記機器表面までの距離を演算することを特徴とする請求項７または８記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項１２】
前記評価装置は、前記距離計測装置で求めた前記機器表面までの距離に基づいて前記機器表面の形状を表す形状画像を作成する表面形状画像作成手段と、前記機器表面の表面基準形状を記録保持する表面基準形状記録装置と、前記形状画像と前記表面基準形状とを比較することによって前記機器表面の粗さを計測する粗さ計測手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の機器表面粗さ計測装置。
【請求項１３】
計測センサを機器表面からの光を受光する位置まで移動させ、前記計測センサを前記機器表面に沿って走査させ、前記計測センサによって前記機器表面からの光を受光し、前記計測センサからの信号に基づいて前記機器表面までの距離を求め、前記移動装置の走査制御情報と前記機器表面までの距離情報とに基づいて前記機器表面の形状を表す形状画像を作成し、その形状画像に基づいて前記機器表面の粗さを計測することを特徴とする機器表面粗さ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント構成機器の表面粗さを測定する機器表面粗さ計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電設備などで使用される機器は、機能の安全性や性能を維持するために定期的な点検が実施されている。この定期点検において、機器表面における異物の付着状態や磨耗状態を知るために表面の粗さ計測が行われており、特に回転体であるタービン翼の翼面の粗さを適正に測定できることが要請されている。タービン翼の翼面における異物の付着や磨耗は、回転軸に振動を発生させたり、翼面へ想定外の応力を加えたりするので安全性や性能に著しく影響を与える。タービン翼の翼面の粗さの測定は、鋭い触針の先端で翼面の表面をなぞり、その触針の動きによって機器表面の粗さを測定する接触式の計測が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７２１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、接触式の触針による計測では触針にて表面をなぞる必要があり、触針に一定な力学的な慣性があるため表面の走査に伴う応答の遅れが生じ、適正に機器の表面粗さを測定できないことがある。すなわち、高速な走査では、機器表面に追従できずに触針の飛びが発生してしまい適正に機器の表面粗さを測定することができない。これは、触針の走査を低速に行うことで防止できるが、そうすると計測作業が長時間化してしまう。また、触針では、水中での計測が困難なために水中で使用されている機器については気中に搬送する作業が必要である。
【０００４】
また、機器の表面の粗さは、基準となる面に対しての変動量から求めるため、粗さを評価するためには、基準となる面を求める必要があるが、機器がタービン翼である場合には、翼面が複雑な曲率を持っていることから基準となる面を求めるのが難しく、計測性能が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、機器の設置場所が水中や気中に関係なく機器の表面粗さを短時間で精度の良く計測できる機器表面粗さ計測装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の機器表面粗さ計測装置は、機器表面からの光を受光する計測センサと、計測センサを計測位置まで移動させ機器表面に沿って計測センサを走査する移動装置と、計測センサからの計測信号に基づいて機器表面までの距離を求める距離計測装置と、移動装置の走査制御情報及び距離計測装置で求めた機器表面までの距離に基づいて機器表面の形状を表す形状画像を作成しその形状画像に基づいて機器表面の粗さを計測する評価装置とを備えたことを特徴とする。また、必要に応じて機器表面と計測センサとの間に光を屈折させるミラーを設け、機器表面からの光をミラーにて屈折させ計測センサへ伝送するようにしてもよい。
【０００７】
本発明の機器表面粗さ計測方法は、計測センサを機器表面からの光を受光する位置まで移動させ、計測センサを前記機器表面に沿って走査させ、計測センサによって機器表面からの光を受光し、計測センサからの信号に基づいて機器表面までの距離を求め、移動装置の走査制御情報と機器表面までの距離情報とに基づいて機器表面の形状を表す形状画像を作成し、その形状画像に基づいて機器表面の粗さを計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発電設備などで使用される機器表面の粗さを非接触で自動に計測できることから、水中や気中に関係なく短時間に精度の良い機器表面の粗さの計測が可能となる。また、ミラーを設けた場合には、自由空間の狭い環境においても適切に機器表面の粗さを計測することができる計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる機器表面粗さ計測装置の構成図である。計測センサ１１は機器表面１２からの光を受光するものであり、計測センサ１１で受光された光は距離計測装置１３に入力される。計測センサ１１は移動装置１４によって機器表面１２の計測位置に位置調整される。移動装置１４は移動制御装置１５によって駆動制御され、計測センサ１１を計測位置まで移動させた後に、機器表面１２に沿って計測センサ１１を走査制御する。距離計測装置１３は、計測センサ１１で受光された光の計測信号に基づいて、計測センサ１１と機器表面１２との間の距離を求めるものであり、求められた機器表面１２までの距離は評価装置１６に入力される。
【００１０】
評価装置１６には、移動制御装置１５により移動装置１４を介して計測センサ１１を走査制御した走査制御情報も入力される。評価装置１６は、計測センサ１１の走査制御情報及び距離計測装置１３で求められた機器表面１２までの距離に基づいて、機器表面１２の形状を表す形状画像を作成し、その形状画像に基づいて機器表面１２の粗さを評価する。そして、その評価結果を表示装置１７に表示出力する。
【００１１】
計測センサ１１は、上下移動や前後／左右移動及び旋回移動を有した移動装置１４に取り付けられ、この移動装置１４により機器表面１２の計測位置まで移動し、さらに計測表面に沿って走査される。移動装置１４は、予め記憶した移動情報を基に移動制御装置１５によって制御される。このように、計測センサ１１は、移動装置１４により機器表面１２の計測位置まで移動し計測表面に沿って走査される。
【００１２】
計測センサ１１は受光装置２１を有し、機器表面１２からの光を受光装置２１で受光し、受光した光量をアナログの振幅に変換したアナログ信号として距離計測装置１３へ出力される。距離計測装置１３では、計測センサ１１から伝送されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタルの画像データに変換した後、画像データに画像処理を施し計測センサ１１と機器表面１２との距離を計測する。
【００１３】
図２は、計測センサ１１と距離計測装置１３を示す第１の実施例の構成図である。計測センサ１１は、機器表面１２からの光をステレオ的に受光できる２台の受光装置２１ａ、２１ｂを備え、２台の受光装置２１ａ、２１ｂで計測した光信号を距離計測装置１３へ伝送する。この場合、１本の受光信号線で伝送開始時間をずらし２台分のアナログ信号を距離計測装置１３伝送してもよいし、２本の受光信号線で各々のアナログ信号を距離計測装置１３へ伝送してもよい。
【００１４】
距離計測装置１３は、１台または２台のＡ／Ｄ変換器２２、視差演算手段２３、距離演算手段２４を備え、計測センサ１１から伝送される２台の受光装置２１ａ、２１ｂのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器２２でデジタルの画像データに変換し、視差演算手段２３にて２枚の画像データ間で対応する各画素の関連性を求め視差量を演算する。距離演算手段２４では、視差演算手段２３で演算した視差量を用いて、２台の受光装置２１ａ、２１ｂの位置および画角などから計測センサ１１と機器表面１２との距離が演算される。
【００１５】
距離計測装置１３で求めた計測センサ１１と機器表面１２までの距離データは評価装置１６へ伝送され、また、移動装置１４の走査に関する制御情報は、移動制御装置１５によって評価装置１６へ伝送される。そして、評価装置１６によりその距離及び走査制御情報に基づいて機器表面の粗さが評価される。
【００１６】
このように、計測センサ１１及び距離計測装置１３により非接触で機器表面までの距離を計測できるので、水中や気中に関係なく短時間で精度の良い機器表面粗さの計測が可能となる。
【００１７】
図３は、計測センサ１１と距離計測装置１３を示す第２の実施例の構成図である。計測センサ１１は受光装置２１と光学装置２５とを有し、光学装置２５は、その正面に配置した第１の反射ミラー２６と、第１の反射ミラー２６の両側に配置された第２の反射ミラー２７ａ、２７ｂとを備えている。第１の反射ミラー２６と第２の反射ミラー２７ａ、２７ｂとは、機器表面１２から放たれた光を第１の光路２８ａと第２の光路２８ｂとに沿って受光装置２１へ伝達するように配置調整されている。また、第１の光路２８ａと第２の光路２８ｂとを伝達してきた機器表面１２からの光は、受光装置２１の異なる位置へ入力される。
【００１８】
図４は、受光装置２１の受光部の説明図である。図４に示すように、例えば受光装置２１の受光素子２９が長方形型の場合には、縦中央を境界３０として二つの受光部２９ａ、２９ｂを形成する。そして、片側の受光部２９ａで第１の光路２８ａからの光を受光し、反対側の受光部２９ｂで第２の光路２８ｂからの光を受光するように構成する。これにより、単一の受光装置２１でステレオ的に機器表面１２から放たれた光を受光することができ、計測センサ１１の小型化が可能となる。
【００１９】
距離計測装置１３は、Ａ／Ｄ変換器２２、視差演算手段２３、距離演算手段２４に加え、受光装置２１が異なる位置に二つの受光部２９ａ、２９ｂを備えたことに伴い、画像分割手段３１が設けられている。計測センサ１１から伝送される受光装置２１のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２２でデジタルの画像データに変換され、画像分割手段３１にて計測センサ１１の第１の光路２８ａと第２の光路２８ｂとの光を受光した領域で画像データを分割する。
【００２０】
視差演算手段２３は、画像分割手段３１で分割された画像データ間で対応する各画素の関連性を求め視差量を演算する。距離演算手段２４では、視差演算手段２３で演算した視差量を用いて、第２の反射ミラー２７ａ、２７ｂの位置と角度、第１の反射ミラー２６の位置と形状、及び受光装置２１の位置と画角などから計測センサ１１と機器表面１２との間の距離が演算される。
【００２１】
距離計測装置１３で求めた計測センサ１１と機器表面１２までの距離データは評価装置１６へ伝送され、また、移動装置１４の走査に関する制御情報は、移動制御装置１５によって評価装置１６へ伝送される。そして、評価装置１６によりその距離及び走査制御情報に基づいて機器表面の粗さが評価される。
【００２２】
このように、計測センサ１１は、機器表面１２から放たれた光を第１の光路２８ａと第２の光路２８ｂとに沿って受光装置２１へ伝達するように配置調整された光学装置２５を備え、単一の受光装置２１の異なる位置の受光部２９ａ、２９ｂへ入力されるので、計測センサ１１の小型化が可能となる。
【００２３】
図５は、計測センサ１１と距離計測装置１３を示す第３の実施例の構成図である。計測センサ１１は、機器表面１２へ直線状の軌跡としてレーザ光を走査し照射するレーザ光照射装置３２と、そのレーザ光が機器表面１２で反射した反射光を受光する受光装置２１とを備えている。レーザ光照射装置３２は、レーザ光を発生させレーザ光をビーム状に絞り込む対物レンズを有したレーザ発振器３３と、ビーム状のレーザ光を機器表面１２に直線状に走査させる可動式ミラー３４とを備えている。
【００２４】
距離計測装置１３は、Ａ／Ｄ変換器２２、画像処理手段３５、距離演算手段２４を備えている。計測センサ１１から伝送される受光装置２１のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２２でデジタルの画像データに変換され、画像処理手段３５にて画像データへ２値化処理および細線化処理などの画像処理を施し、機器表面１２におけるレーザ光の反射領域を特定する。その後、距離演算手段２４にて画像処理手段３５で特定したレーザ光の反射領域の座標値を用いて、レーザ光照射装置３２の位置や受光装置２１の位置および画角などから計測センサ１１と機器表面１２までの距離が演算される。
【００２５】
距離計測装置１３で求めた計測センサ１１と機器表面１２までの距離データは評価装置１６へ伝送され、また、移動装置１４の走査に関する制御情報は、移動制御装置１５によって評価装置１６へ伝送される。そして、評価装置１６によりその距離及び走査制御情報に基づいて機器表面の粗さが評価される。
【００２６】
このように、計測センサ１１は、レーザ光照射装置３２からの光を機器表面１２に直線上の軌跡として走査させ受光装置２１で受信するので、一つの受光装置２１でよく受光精度が向上する。
【００２７】
図６は、計測センサ１１と距離計測装置１３を示す第４の実施例の構成図である。計測センサ１１は、機器表面１２へ格子状にレーザ光を照射するレーザ光照射装置３２と、そのレーザ光が機器表面１２で反射した反射光を受光する受光装置２１とを備えている。レーザ光照射装置３２は、レーザ光を発生させレーザ光をビーム状に絞り込む対物レンズを有したレーザ発振器３３と、ビーム状のレーザ光を格子状に偏光する偏光レンズ３６を備えている。
【００２８】
距離計測装置１３は、Ａ／Ｄ変換器２２、画像処理手段３５、距離演算手段２４を備えている。計測センサ１１から伝送される受光装置２１のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２２でデジタルの画像データに変換され、画像処理手段３５にて画像データへ２値化処理および縮短化処理などの画像処理を施し、機器表面１２におけるレーザ光の反射領域を特定する。その後、距離演算手段２４にて画像処理手段３５で特定したレーザ光の反射領域の座標値を用いて、レーザ光照射装置３２の位置と受光装置２１の位置および画角などから計測センサ１１と機器表面１２との間の距離が演算される。
【００２９】
距離計測装置１３で求めた計測センサ１１と機器表面１２までの距離データは評価装置１６へ伝送され、また、移動装置１４の走査に関する制御情報は、移動制御装置１５によって評価装置１６へ伝送される。そして、評価装置１６によりその距離及び走査制御情報に基づいて機器表面の粗さが評価される。
【００３０】
このように、計測センサ１１は、レーザ光照射装置３２からの光を機器表面１２に格子状に照射し受光装置で受信するので、一つの受光装置でよく測定領域を広くできる。
【００３１】
図７は、計測センサ１１と距離計測装置１３を示す第５の実施例の構成図である。計測センサ１１は、レーザ光を発生させレーザ光を絞り込む対物レンズを有したレーザ発振器３３と、そのレーザ光が機器表面１２で反射した光を受光する受光装置２１と、レーザ発振器３３と機器表面１２との間に配置されるハーフミラー３７とを備えている。
【００３２】
ハーフミラー３７は、レーザ発振器３７側から入力される光は透過させるが機器表面１２側から入力される光は反射するものである。レーザ発振器３３にて照射されたレーザ光はハーフミラー３７を通り機器表面１２に到達する。そのレーザ光は機器表面１２にて反射し再びハーフミラー３７まで戻り、ハーフミラー３７にて受光装置２１の方に反射させ、機器表面１２で発生した反射光を受光装置２１に入力させる。
【００３３】
距離計測装置１３は、Ａ／Ｄ変換器２２、画像処理手段３５、距離演算手段２４を備えている。計測センサ１１から伝送される受光装置２１のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２２でデジタルの画像データに変換され、画像処理手段３５にて画像データへ２値化処理などの画像処理を施し、機器表面１２におけるレーザ光の反射領域を特定する。画像処理手段３５にて特定したレーザ光の反射領域は、計測センサ１１からの距離に応じて大きさや明るさが変化する。
【００３４】
図８は、レーザ光を絞り込む対物レンズを有したレーザ発振器３３から照射されるレーザ光３８の説明図である。図８（ａ）に示すように、レーザ発振器３３から照射されるレーザ光３８は、レーザ発振器３３が備えた対物レンズによって絞り込まれるので先細りの光となる。このことから、位置Ａで発生するレーザ光の反射領域は、図８（ｂ）に示すように大きな領域となり、位置Ｂにおいては、図８（ｃ）に示すように小さな領域となる。
【００３５】
また、レーザ光は、光が集光する位置が最も強度が強く、集光位置から離れるにしたがって光がぼやけるため暗くなる。これに伴い反射光も同様であることから、単位面積当たりの明るさが位置Ａよりも位置Ｂの方が明るくなる。この現象を利用して距離演算手段２４は、画像処理手段３５で特定したレーザ光の反射領域の大きさや単位面積当たりの明るさから計測センサ１１と機器表面１２との間の距離を求める。
【００３６】
距離計測装置１３で求めた計測センサ１１と機器表面１２までの距離データは評価装置１６へ伝送され、また、移動装置１４の走査に関する制御情報は、移動制御装置１５によって評価装置１６へ伝送される。そして、評価装置１６によりその距離及び走査制御情報に基づいて機器表面の粗さが評価される。
【００３７】
このように、計測センサ１１は、レーザ光を絞り込む対物レンズを有したレーザ発振器３３からのレーザ光をハーフミラー３７を通して機器表面１２に照射し、ハーフミラー３７を通して受光装置で受信するので、距離計測装置１３はレーザ光の反射領域及び反射光の明るさに基づいて計測センサ１１と機器表面１２との間の距離を求めることができる。
【００３８】
図９は、計測センサ１１と距離計測装置１３を示す第６の実施例の構成図である。計測センサ１１は、レーザ光を発生させレーザ光を絞り込む対物レンズを有したレーザ発振器３３と、そのレーザ光が機器表面１２で反射した光を受光する受光装置２１と、レーザ発振器３３と機器表面１２との間に配置したハーフミラー３７とを備え、さらに、レーザ発振器３３と受光装置２１とハーフミラー３７とをレーザ光の照射方向に沿って同様に動かす移動器３９を備えている。
【００３９】
ハーフミラー３７は、レーザ発振器３３側から入力される光は透過させるが機器表面１２側から入力される光は反射するものである。レーザ発振器３３にて照射されたレーザ光はハーフミラー３７を通り機器表面１２に到達する。そのレーザ光は機器表面１２にて反射し再びハーフミラー３７まで戻り、ハーフミラー３７にて受光装置２１の方に反射させ、機器表面１２で発生した反射光を受光装置２１に入力させる。
【００４０】
第５の実施例にて説明したように、レーザ発振器３３にて照射したレーザ光は、光が集光する位置が最も強度が強くなり、同様に反射光の単位面積当たりの明るさも強くなる。この現象を利用して計測センサ１１は、移動器３９によりレーザ発振器３３と受光装置２１とハーフミラー３７を動かし機器表面１２までの距離を変化させながら機器表面１２の反射光を受光装置２１に入力する。
【００４１】
距離計測装置１３は、機器表面１２までの距離を変化させながら入力された反射光のアナログ信号をＡ／Ｄ変換器２２でデジタルの画像データに変換し、画像処理手段３５にて画像データへ２値化処理などの画像処理を施し反射領域を特定する。その後、距離演算手段２４は、画像処理手段３５で特定した反射領域の単位面積当たりの明るさを求め、最も単位面積当たりの明るさが高かった移動器３９の位置を計測する。これにより、計測センサ１１と機器表面１２との間の距離を求めることができる。
【００４２】
距離計測装置１３で求めた計測センサ１１と機器表面１２までの距離データは評価装置１６へ伝送され、また、移動装置１４の走査に関する制御情報は、移動制御装置１５によって評価装置１６へ伝送される。そして、評価装置１６によりその距離及び走査制御情報に基づいて機器表面の粗さが評価される。
【００４３】
このように、計測センサ１１は、レーザ光照射装置からの光をハーフミラーを通して機器表面１２に照射しハーフミラーを通して受光装置で受信し、その際に移動器３９によりレーザ光の照射位置を移動させるので、反射光の最も明るい位置に基づいて計測センサ１１と機器表面１２との間の距離を求めることができる。
【００４４】
図１０は、評価装置１６の構成図である。評価装置１６は、表面形状画像作成手段４０、粗さ計測手段４１、表面基準形状記録装置４２を備え、機器表面１２の粗さを評価し計測する。距離計測装置１３から伝送される距離データ及び移動制御装置１５から伝送される走査制御情報は、表面形状画像作成手段４０へ入力される。表面形状画像作成手段４０は、移動装置１４の走査に合わせて計測センサ１１が計測した距離データを、移動制御装置１５から伝送された走査制御情報を基に連結結合することで機器表面１２の形状を表す２次元の形状画像を作成する。表面形状画像作成手段４０にて作成された形状画像は、画像を構成する各画素の値が距離に応じた値を表している。
【００４５】
ここで、図１では、移動装置１４にて計測センサ１１を移動させ機器表面１２に沿って走査するように構成しているが、移動装置１４にて計測物を移動させ、計測センサ１１を機器表面１２に沿って走査する構成でもよい。なお、表面形状画像作成手段４０で形状画像を作成する際に、計測センサ１１と機器表面１２との位置関係が既知でなければならないが、人間によって手動でノズルを検査位置に設置する場合には設置誤差が発生する。そこで、表面形状画像作成手段４０では、距離データにおいて同一の箇所を計測した重複する距離データ間の差分を演算し、差分が最小値となり得る補正値を求めることで設置誤差などに起因する計測精度の低下を抑制するようにしている。
【００４６】
表面基準形状記録装置４２には、予め機器表面１２の形状が基準形状画像として記憶されている。粗さ計測手段４１は、表面形状画像作成手段４０にて作成した形状画像と表面基準形状記録装置４２に予め記憶した基準形状画像とを比較し機器表面１２の粗さを計測する。
【００４７】
図１１は粗さ計測手段４１での形状画像と基準形状画像の位置合わせの説明図である。図１１（ａ）は、形状画像と基準形状画像とのある位置の断面を示したもので、形状画像の断面４３と基準画像の断面４４とを示している。例えば、形状画像の断面４３から基準形状画像の断面４４を基に機器表面１２の粗さを求めるには、形状画像の断面４３と基準形状画像の断面４４との位置合わせが必要である。
【００４８】
位置合わせを行わずに粗さを求めた場合には、図１１（ｂ）に示すように、位置のずれが高さの変位量４５として計算されてしまい、その結果、粗さに反映され誤差の大きい計測結果になる。形状画像の断面４３と基準形状画像の断面４４との位置合わせは、形状画像の断面４４と基準形状画像の断面４５とを重ね合わせ、重ね合わせ位置を順にずらしながら距離データ間の差分を求める。また、基準形状画像の距離データを表す輝度のレベルを上下させ同様に距離データ間の差分を求める。求められた差分の中で差分が最小値となる位置が最も形状が一致する位置であり、この最小の差分から機器表面１２の粗さが求められる。
【００４９】
これにより、３次元的な位置合わせができ精度のよい機器表面１２の粗さ計測が可能となる。また、基準形状画像の画像の中央を原点として３次元的な回転をふまえた変換を行い、前述の処理を行うことにより３次元的な回転を考慮した位置合わせが実現でき、さらに計測精度を向上させることができる。そして、評価装置１６の計測結果は表示装置１７に表示される。
【００５０】
第１の実施の形態によれば、発電設備などで使用される機器表面の粗さを非接触で自動に計測できることから、水中や気中に関係なく短時間に精度の良い機器表面の粗さの計測が可能となる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１２は本発明の第２の実施の形態に係わる機器表面粗さ計測装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に対してミラー４６を追加して設けたものである。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５２】
計測センサ１１の仕様により、計測センサ１１と機器表面１２との間に一定の空間が必要な場合には、自由空間の狭い計測環境においては計測センサ１１が障害物４８と接触することがある。図１２に示すように、機器表面１２の計測センサ１１を挟んで対面に障害物４８があるような環境においては、計測センサ１１が障害物４８と接触するため計測センサ１１を計測位置まで移動させることが困難である。
【００５３】
そこで、ミラー４６を用いて機器表面１２からの光４７を屈折させて計測センサ１１へ入力することにより、自由空間の狭い環境においても障害物４８に接触することなく適切に計測が行えるようにする。すなわち、機器表面１２から放たれた光４７はミラー４６に放射され、ミラー４６にて計測センサ１１の方向に屈折（反射）させ、計測センサ１１が備えた受光装置にミラー４６で屈折（反射）された光を入力する。この受光装置に入力された情報を基に距離計測装置１３は、計測センサ１１と機器表面１２との間の距離を求める。
【００５４】
第２の実施の形態によれば、自由空間の狭い環境においても適切に機器表面１２の粗さを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる機器表面粗さ計測装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における計測センサと距離計測装置との第１の実施例の構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における計測センサと距離計測装置との第２の実施例の構成図。
【図４】第２の実施例における受光装置の受光部の説明図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における計測センサと距離計測装置との第３の実施例の構成図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における計測センサと距離計測装置との第４の実施例の構成図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における計測センサと距離計測装置との第５の実施例の構成図。
【図８】第５の実施例におけるレーザ光を絞り込む対物レンズを有したレーザ発振器から照射されるレーザ光の説明図。
【図９】本発明の第１の実施の形態における計測センサと距離計測装置との第６の実施例の構成図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における評価装置の構成図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における粗さ計測手段での形状画像と基準形状画像の位置合わせの説明図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係わる機器表面粗さ計測装置の構成図。
【符号の説明】
【００５６】
１１…計測センサ、１２…機器表面、１３…距離計測装置、１４…移動装置、１５…移動制御装置、１６…評価装置、１７…表示装置、２１…受光装置、２２…Ａ／Ｄ変換器、２３…視差演算手段、２４…距離演算手段、２５…光学装置、２６…第１の反射ミラー、２７…第２の反射ミラー、２８ａ…第１の光路、２８ｂ…第２の光路、２９…受光部、３０…境界、３１…画像分割手段、３２…レーザ光照射装置、３３…レーザ発振器、３４…可動式ミラー、３５…画像処理手段、３６…偏光レンズ、３７…ハーフミラー、３８…レーザ光、３９…移動器、４０…表面形状画像作成手段、４１…粗さ計測手段、４２…表面基準形状記録装置、４３…形状画像の断面、４４…基準形状画像の断面、４５…高さの変位量、４６…ミラー、４７…光、４８…障害物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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